ЕвроТехсервис

Автоматизированная система диагностики токоприемников. Нижний Тагил

научная статья по теме АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Энергетика

Текст научной статьи на тему «АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА»

нии поездов с различными родами грузов и их массой позволит снять имеющиеся ограничения по мощности локомотива и расширить диапазон их применения. Однако до сегодняшнего дня на электровозах с системой СМЕТ не была решена проблема информатизации процесса управления и регистрации данных в движении для диагностики технического состояния электровоза и анализа действий машиниста.

Создание системы отображения и регистрации информации позволило не только решить выше-

указанные проблемы, но и сократить количество приборов на пульте машиниста, улучшить эргономику пульта и условия работы машиниста.

Статья представлена ФГУП "ПКП "ИРИС", Ростов-на-Дону.

Дмитрий Петрович Подуст — инженер-конструктор; Дмитрий Леонидович Ивахненко — зав. сектором; Игорь Исаакович Бадьян — зам. зав. отделом. в (9632) 90-79-80 □

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТОКОПРИЕМНИКОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

Б. В. Ванюшев, Э. Л. Емельянов, А. К. Поташников, В. А. Фролов

Представлены результаты работы по созданию автоматизированной системы диагностирования токоприемников подвижного состава. Рассмотрена структура системы. Предложен и реализован алгоритм управления приводом подъемного механизма, учитывающий его динамические и резонансные свойства. Приводятся алгоритмы работы и технические характеристики системы.

При эксплуатации электровозов на железной дороге возникает ряд проблем, связанных с контролем токоприемников подвижного состава [1, 2]. Для обеспечения нормальной работы токоприемников необходимо периодически в условиях депо контролировать их техническое состояние по целому ряду параметров. Контролю должны подвергаться такие параметры, как время подъема (опускания) пантографа от сложенного положения до наибольшей рабочей высоты (от наибольшей рабочей высоты до сложенного положения) при номинальном давлении сжатого воздуха; статическое нажатие на контактный провод во всем диапазоне рабочих высот при подъеме и опускании пантографа. Традиционно техническое состояние токоприемников оценивается фактически вручную с помощью датчиков усилия, схожих по своей конструкции с динамометрами. При этом датчик усилия вручную закрепляется на токоприемнике, после чего снимаются характеристики нажатия токоприемника на контактный провод.

В данной работе излагаются результаты создания автоматизированной системы диагностирования токоприемников подвижного состава. токоприемников подвижного состава

Система диагностирования токоприемников, структурная схема которой приведена на рис. 1, предназначена для работы в пунктах технического обслуживания локомотивов. Она содержит следующие основные узлы: подъемный механизм ПМ с шаговым приводом, узел наведения УН с датчиками силы и расстояния, два модуля управ-

Рис. 1. Структурная схема системы диагностирования

Sensors & Systems • № 12.2005

ления приводами МУПМ и МУУН, модули обработки сигналов датчиков МОС 1 и МОС 2, модуль процессорный МП, панель индикации ПИ и пульт дистанционного управления ПДУ.

В процессе разработки системы одной из главный задач бышо обеспечение минимальных размеров подъемного механизма с установленным на нем узлом наведения в вертикальном измерении, что связано с большим (1,9 м) рабочим ходом пантографа электровоза и ограниченной высотой помещения пункта технического обслуживания (ПТО). Поэтому подъемный механизм выполнен в виде складывающейся конструкции, как это показано на рис. 2. В его состав входят: редуктор 1, рыкажная система 2, привод 4 и платформа 3, на которой закреплены узел наведения, датчик силы 9 и контактный стержень 10.

В депо подъемный механизм подвешивается к потолку над стойлом технического обслуживания электровозов. В исходном положении ПМ с узлом наведения находится в крайнем верхнем положении. Электровоз въезжает под систему с опущенным токоприемником, причем разброс точек останова электровоза может достигать 0,25 м. Для обеспечения необходимой точности измерений статического нажатия на контактный провод необходимо установить контактный стержень над центром токоприемника. Поэтому требуется компенсация разброса точек останова электровоза. Это достигается с помощью узла наведения, который имеет в своем составе подвижную каретку и ультразвуковой датчик расстояния.

Процедура наведения всегда предшествует циклу измерений. С помощью привода каретка с закрепленным на ней ультразвуковым датчиком расстояния перемещается над токоприемником. При этом снимается кривая зависимости расстояния между датчиком и токоприемником от положения каретки. На основе анализа этой зависимости определяется положение центра токоприемника, и с помощью, опять же, привода каретки контактный стержень, а вместе с ним и датчик силы, устанавливаются над его центром.

Все модули управления и обработки сигналов, входящие в систему, построены на основе микроконтроллеров АТ9088535 фирмы АШе1 и разбиты на две функциональные группы. К первой группе относятся модули управления шаговыми двигателями, ко второй — модули аналого-цифрового преобразования и предварительной обработки сигналов датчиков. Аналого-цифровое преобразование выполняется с помощью сигма-дельта АЦП, что продиктовано, в первую очередь, работой системы в условиях больших промышленных помех. Кроме того, датчик силы построен на основе тен-зометрического моста, который, как известно, имеет небольшой выгходной сигнал, и сигма-дель-

5 — оптический датчик углового перемещения двигателя; 6 — рейка; 7 — каретка; 8 — шаговый двигатель; 11 — токоприемник; 12 — ультразвуковой датчик расстояния; 13 — пантограф (остальные обозначения пояснены в тексте)

та АЦП в данном случае подходит наилучшим образом.

В качестве процессорного модуля используется одноплатный встраиваемый процессор М8М4868Е1 РС/104, который реализует общий алгоритм управления всей системой в целом и обеспечивает сетевые приложения. Связь между М8М4868Е1 РС/104 и микроконтроллерами, содержащимися в системе управления, осуществляется по последовательному каналу 58-485.

Панель индикации ПИ служит для отображения измеряемых параметров и стрелочных указателей. Она имеет в своем составе микроконтроллер АТ9088535, который управляет выводом информации на панель, а также дешифрирует команды, подаваемые с пульта дистанционного управления ПДУ. На панели имеется указатель, который подсказывает машинисту, какое действие он должен выполнить. Если стрелка показывает направление "вверх", машинист должен поднять пантограф. Если — направление "вниз", машинист должен его опустить. Так осуществляется синхронизация действий машиниста с работой системы. Таким образом, машинист должен выполнять всего два действия, остальные операции система выполняет автоматически по командам оператора с пульта дистанционного управления.

ИЗМЕРЕНИЕ СТАТИЧЕСКОГО НАЖАТИЯ

Измерение статического нажатия на контактный провод во всем диапазоне рабочих высот при подъеме и опускании токоприемника производится следующим образом. В исходном состоянии токоприемник должен находиться в нижнем крайнем положении. С пульта дистанционного управления по инфракрасному каналу (ИК) связи на систему управления подается соответствующая команда. По этой команде опускается вниз платформа до касания контактным стержнем токоприемника. Момент касания обнаруживается с помощью датчика силы, и движение платформы вниз прекращается, после чего в зоне команды на панели индикации зажигается стрелка "вверх", что соответствует указанию машинисту "поднять пантограф". По этой команде машинист из кабины электровоза производит действия по подъему пантографа. При подъеме пантографа вместе с ним поднимается подъемный механизм системы и измеряется сила нажатия токоприемника на контактный стержень через каждые 10 см высоты. Результаты измерения сохраняются в памяти контроллера, и таким образом снимается зависимость силы нажатия от высоты подъема токоприемника. Этот процесс продолжается до полного подъема токоприемника на всю рабочую высоту. Одновременно в процессе подъема на панели индикации высвечиваются последовательные значения силы нажатия в килограммах, а стрелка в зоне указателей показывает, что пантограф движется вверх. Когда подъемный механизм достигнет крайнего верхнего положения, автоматически начинается цикл измерения силы нажатия токоприемника на контактный провод при опускании пантографа. При этом подъемный механизм системы начинает двигаться вниз, складывая пантограф. На панели индикации высвечиваются последовательные значения силы в килограммах, а стрелка в зоне указателей показывает, что пантограф движется вниз. После того как подъемный механизм опустится в нижнее положение, измерения прекращаются, а на панели индикации появляется указание машинисту "опустить пантограф". Выполнение машинистом этой команды, что обнаруживается по исчезновению нажатия на контактный стержень, приводит к автоматическому возврату подъемного механизма системы в верхнее положение.

При измерении времени подъема токоприемника в зоне команд панели индикации зажигается стрелка "вверх", выдавая машинисту команду на поднятие пантографа. Начало подъема токоприемника обнаруживается ультразвуковым датчиком расстояния, и начинается отсчет времени подъема, который завершается в момент касания токоприемником контактного стержня, что фик-

сируется датчиком силы. На панель индикации выдаются значения времени в секундах. После окончания измерения времени подъема в зоне команд высвечивается стрелка "вниз", выдавая машинисту команду на опускание пантографа. В случае движения пантографа вниз начало отсчета времени берется от момента исчезновения нажатия на контактный стержень, а конец отсчета определяется ультразвуковым датчиком расстояния по исчезновению движения. Значение времени также выводится на панель индикации.

Вся информация, полученная в процессе контроля токоприемника, сохраняется в памяти процессора М8М4868ЕМ РС/104 и может быть передана по сети на верхний уровень в АСУ.

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ПОДЪЕМНОГО МЕХАНИЗМА

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Энергетика»

БАДЬЯН ИГОРЬ ИСААКОВИЧ, ИВАХНЕНКО ДМИТРИЙ ЛЕОНИДОВИЧ, ПОДУСТ ДМИТРИЙ ПЕТРОВИЧ — 2005 г.